CN104226126A - 一种过滤用纳米纤维膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过滤用纳米纤维膜，从下至上，依次为基质、内部纤维层、中部纤维层和外部纤维层，所述内部纤维层的平均直径为400-600nm，克重为7-9g/m2；所述中部纤维层的平均直径为300-500nm，克重为5-8g/m2；所述外部纤维层的平均直径为100-200nm，克重为3-5g/m2；所述纳米纤维膜的平均厚度为10-16微米。相对于现有技术，本发明所得的纳米纤维膜具有较高的过滤效率和较低的压损，能够广泛应用在各种高效低阻过滤材料上。

Description

一种过滤用纳米纤维膜
技术领域
本发明涉及一种过滤用纳米纤维膜的制备方法，属于纳米材料领域。
背景技术
纳米纤维，例如作为过滤和分离介质，在织物生产、光学、电子学、生物技术、药学、药剂学和塑料技术中的重要性正在提高。“纳米纤维”指直径在约0.1-999nm范围内(也称作纳米级)的纤维结构，也涉及纳米结构，如纳米线和纳米管，这两种都具有纳米级横截面。依据过滤理论，纤维直径尺寸的下降会提高过滤效率，当纤维的直径降到微纳米级(小于1000nm)时，其纤维网内体现出高比表面积和微小孔径的结构，这为高过滤效率和高性能提供了优势，因此微纳米纤维的出现为空气过滤及净化提供了新的思路和方法。
目前，已有很多种纳米纤维过滤材料，但是也存在一些问题，如过滤效率低，或者过滤后压损较大等。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种过滤用纳米纤维膜。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种过滤用纳米纤维膜，从下至上，依次为基质、内部纤维层、中部纤维层和外部纤维层，所述内部纤维层的平均直径为400-600nm，克重为7-9g/m2；所述中部纤维层的平均直径为300-500nm，克重为5-8g/m2；所述外部纤维层的平均直径为100-200nm，克重为3-5g/m2；所述纳米纤维膜的平均厚度为12-16微米。
作为优选，所述各纤维膜的孔隙率为96-99％。
作为另一种优选，所述各纤维层中孔径为1-10微米的孔所占比例为96-98％。
作为另一种优选，当以5.3cm/s的气流速度过滤平均粒径为400nm的颗粒时，所述纳米纤维膜的过滤效率为80-90％。
作为另一种优选，当以5.3cm/s的气流速度过滤平均粒径为400nm的颗粒时，过滤压损为小于4mm水柱。
作为另一种优选，所述基质为纱布、无纺布、泡棉、棉网或纸。
作为另一种优选，所述纳米纤维膜的制备方法为：制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度均为15-25％(重量比)，然后采用静电纺丝法法均匀交错将上述三种溶液喷出，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在所述基质上，即得。
作为进一步优选，所述静电纺丝法施加的电压为45-55kV，出液速度为10-20μL/min/孔。
有益效果：相对于现有技术，本发明所得的纳米纤维膜具有较高的过滤效率和较低的压损，能够广泛应用在各种高效低阻过滤材料上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1：
制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度分别为15％、17％和19％、(重量比)，然后采用静电纺丝法均匀交错将上述三种溶液喷出，施加的电压为45kV，出液速度为10μL/min/孔，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在纸上，即得。
实施例2：
制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度分别为25％、23％和21％、(重量比)，然后采用静电纺丝法均匀交错将上述三种溶液喷出，施加的电压为45kV，出液速度为10μL/min/孔，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在泡棉上，即得。
实施例3：
制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度均为20％、18％和22％、(重量比)，然然后采用静电纺丝法均匀交错将上述三种溶液喷出，施加的电压为50kV，出液速度为15μL/min/孔，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在棉网上，即得。
所得纳米纤维膜内部纤维层的平均直径为500nm，克重为8g/m2，中部纤维层的平均直径为400nm，克重为6.5g/m2，外部纤维层的平均直径为150nm，克重为4g/m2；
所得纳米纤维膜的平均厚度为14微米。
所得各纤维膜的孔隙率为98％。
所得各纤维层中孔径为1-10微米的孔所占比例为97％。
实施例4：
制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度均为19％、21％、23％、(重量比)，然后采用静电纺丝法均匀交错将上述三种溶液喷出，施加的电压为48kV，出液速度为14μL/min/孔，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在纱布上，即得。
所得纳米纤维素内部纤维层的平均直径为450nm，克重为7.5g/m2，中部纤维层的平均直径为350nm，克重为13g/m2；所述外部纤维层的平均直径为140nm，克重为3.5g/m2；所得纳米纤维膜的平均厚度为13微米。
所得各纤维膜的孔隙率为97％。
所得各纤维层中孔径为1-10微米的孔所占比例为97％。
实施例5：
制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度均为23％、21％和19％(重量比)，然后采用静电纺丝法均匀交错将上述三种溶液喷出，施加的电压为52kV，出液速度为18μL/min/孔，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在无纺布上，即得。
所述内部纤维层的平均直径为550nm，克重为8.5g/m2；所述中部纤维层的平均直径为450nm，克重为7g/m2；所述外部纤维层的平均直径为180nm，克重为4.5g/m2；
所得纳米纤维膜的平均厚度为15微米。
所得各纤维膜的孔隙率为98％。
所得各纤维层中孔径为1-10微米的孔所占比例为97％。
实验例本发明所得纳米纤维膜性能检测见表1
以5.3cm/s的气流速度过滤平均粒径为400nm的颗粒，采用本领域常规方法检测各纳米纤维膜过滤效率和压损；
对照1组采用本发明实施例3组方和制备方法，改变电压和出液速度所得的三层纤维膜平均直径均为300-500nm的纳米纤维膜；
对照2组采用本发明实施例3组方和制备方法，改变电压和出液速度所得的平均厚度为小于12微米的纳米纤维膜；
对照3组采用本发明实施例3组方和制备方法，改变电压和出液速度所得的平均厚度为大于16微米的纳米纤维膜；
表1本发明所得纳米纤维膜性能检测(n＝3)
注：与各对照组相比较，*P<0.05。
由上表可知，与对照组相比较，本发明实施例3、4和5所得的纳米纤维膜，其过滤效率显著提高，压损显著降低，显示出更加优异的性能。

Claims (8)

1.一种过滤用纳米纤维膜，其特征在于，从下至上，依次为基质、内部纤维层、中部纤维层和外部纤维层，所述内部纤维层的平均直径为400-600nm，克重为7-9g/m2；所述中部纤维层的平均直径为300-500nm，克重为5-8g/m2；所述外部纤维层的平均直径为100-200nm，克重为3-5g/m2；所述纳米纤维膜的平均厚度为12-16微米。
2.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，所述各纤维膜的孔隙率为96-99％。
3.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，所述各纤维层中孔径为1-10微米的孔所占比例为96-98％。
4.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，当以5.3cm/s的气流速度过滤平均粒径为400nm的颗粒时，所述纳米纤维膜的过滤效率为80-90％。
5.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，当以5.3cm/s的气流速度过滤平均粒径为400nm的颗粒时，过滤压损为小于4mm水柱。
6.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，所述基质为纱布、无纺布、泡棉、棉网或纸。
7.根据权利要求1所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的制备方法为：制备聚丙烯腈和聚乳酸的混合氯仿溶液，制备聚丙烯和聚氨酯的混合四氢呋喃溶液，制备聚甲基丙烯酸树脂和聚碳酸酯的混合氯仿溶液，浓度均为15-25％(重量比)，然后采用静电纺丝法法均匀交错将上述三种溶液喷出，制成三层不同平均直径的纳米纤维层，附着在所述基质上，即得。
8.根据权利要求7所述的过滤用纳米纤维膜，其特征在于，所述静电纺丝法施加的电压为45-55kV，出液速度为10-20μL/min/孔。
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